(Polymer researcher’s latest development results in novel cup that withstands boiling water)
2020/12/3 ｱﾒﾘｶ合衆国・アクロン大学(UA)
・ UA が、沸騰水を注いでも縮まない、透明・超強靱なポリ乳酸(PLA)カップのプロトタイプを開発。PLA市場でのブレイクスルーの可能性が期待できる。
・ 同大学は、脆く壊れやすいポリマーを、強靱でフレキシブルな材料に転換する効果的な技術の開発に取り組む。日常生活に欠かせないプラスチックは、そのほとんどがリサイクルされずに埋め立て処理されている。生分解性で堆肥化が可能な PLA 等は、ポリエチレンテレフタレート(PET)のような化石燃料ベースの従来的なポリマーを代替する強度を持たない。
・ PLA は 100%バイオベースで完全に堆肥化できるポリマーだが、強度と熱変形温度が低く、約 140℉ (60℃）で軟化して構造が崩れるため、暖かい食品のパッケージングや使い捨て容器に使用できない。
・ 今回開発した PLA カップのプロトタイプは、透明・強靱で、沸騰水を保持する硬さを有する。PLA のような熱可塑性樹脂に強度を持たせるには、PLA を構成するポリマーの長い分子鎖が絡み合った構造を壊さないようにすることが重要。
・ 同大学が「鎖のネットワーク」と呼ぶこのような構造を適切に調整することで、結晶化の処理無くPLA カップの機械的強度を確保できるが、市販のこのような PLA カップでは沸騰水を注ぐと崩壊してしまう。結晶化した PLA 製のカップは沸騰水を保持できるが、非常に脆く不透明。
・ 半結晶化ポリマーの延性の原因を調査し、ナノ結晶の形成を引き起こしてネットワークを保持することで透明で強靱な耐熱カップの作製に成功した。透明な新 PLA カップは、暖かい紅茶やコーヒーを保持できるため、現在市販されているプラスチック製飲料用カップのほとんどを代替できる。
・ 本研究で開発された PLA ベース材料の改良技術は、同大学の Office of Technology Tranfer を通じて特許出願済み。
URL: https://www.uakron.edu/im/news/polymer-researcher-s-latest-development-results-in-novel-cup-that-withstands-boiling-liquids/
＜NEDO海外技術情報より＞
（関連情報)
Macromolecules 掲載論文（アブストラクトのみ：全文は有料）
Why Is Crystalline Poly(lactic acid) Brittle at Room Temperature?
URL: https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acs.macromol.9b00595
Abstract
This work shows that the environmental-friendly biorenewable and biodegradable poly(lactic acid) (PLLA) can be made to have superior mechanical and thermal characteristics and thus show promise to replace conventional petroleum-based polymers such as polyethylene terephthalate. Using time-resolved polarized optical microscopy (POM), we have investigated how and why conventional crystallization tends to cause deterioration of ductility in semicrystalline PLLA. Specifically, the POM study based on partially crystallized PLLA samples promotes the idea that the spherulitic crystals are mechanically weaker than glassy noncrystalline domains whose cohesive strength stems from the chain networking because of intermolecular uncrossability. By removing the large spherulitic crystal formation and inducing nanocrystal formation through melt-stretching of PLLA in its amorphous state, we identified a completely transparent crystalline state of PLLA that is extremely tough and resistant against heat.
